Question

【題目】乙烯是重要的基本化工原料，以乙烷為原料生產(chǎn)乙烯有多種方法。

I.乙烷裂解脫氫法。該方法的反應(yīng)為：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) △H= a kJ·mol－1

（1）已知101kPa，298K時(shí)，C(s)和H2(g)生成lmoC2H6(g)、1molC2H4(g)的△H分別為－84.7 kJ·mol－1、+52.3 kJ·mol－1。則a=___________。

II.乙燒氧化脫氫法，在原料氣中加入氧氣，乙烷氧化脫氫的反應(yīng)如下：

2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g) △H<0，副反應(yīng)都為放熱反應(yīng)，副產(chǎn)物有CH4(g)、CO(g)、CO2(g)。原料氣(70.1%空氣、29.9%C2H6)在反應(yīng)器中停留15s，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

（2）①反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=___________，K(750℃)___________K(900℃)(填“>”、“<”、“=”)

②當(dāng)溫度超過(guò)800℃時(shí)，乙烯的選擇性降低，其主要原因可能是___________。根據(jù)表中數(shù)據(jù)選擇適宜的反應(yīng)溫度為___________。

III.催化氧化脫氫法。以Mo-V-Nb-Sb的氧化物為催化劑，在常壓、380℃下，反應(yīng)速率與氧氣分壓[P(O2)]、乙烷分壓[P(C2H6)的關(guān)系如下圖所示。

（3）已知該反應(yīng)的速率方程為v=kPm(O2)·Pn(C2H6)，則m=___________，n=___________。

IV質(zhì)子膜燃料電池法。

（4）乙烷氧化制乙烯會(huì)產(chǎn)生CO2的大量排放，近年研究人員開(kāi)發(fā)了乙烷氧化制乙烯的質(zhì)子膜燃料電池(SOFC)，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為______________________，這種電池工作過(guò)程中沒(méi)有CO2排放，原因是______________________。

Answer 1

【答案】+137.0 K= > 副反應(yīng)速率變大（或副反應(yīng)增多） 850℃ 0 1 C2H6－2e－=C2H4+2H＋ 質(zhì)子膜將氧氣和乙烷、乙烯隔開(kāi)，使脫氫和氧化分開(kāi)進(jìn)行，所以沒(méi)有CO2產(chǎn)生

【解析】

（1）已知101kPa，298K時(shí)，C(s)和H2(g)生成lmoC2H6(g)、1molC2H4(g)的△H分別為－84.7 kJ·mol－1、+52.3 kJ·mol－1。則有①2C(s)+3H2(g)=C2H6(g) △H1=－84.7 kJ·mol；②2C(s)+2H2(g)= C2H4 (g) △H2=+52.3 kJ·mol－1；根據(jù)蓋斯定律，由②-①得反應(yīng)③C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)△H=a kJ·mol－1，則a=+137.0；

（2）①反應(yīng)2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=；

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度乙烷的轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，則K減小，故K(750℃) >K(900℃)；

②當(dāng)溫度超過(guò)800℃時(shí)，副反應(yīng)速率變大（或副反應(yīng)增多），乙烯的選擇性降低；

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，乙烷轉(zhuǎn)化率較高、乙烯轉(zhuǎn)化率較高且產(chǎn)率較高，故選擇適宜的反應(yīng)溫度為850℃；

（3）已知該反應(yīng)的速率方程為v=kPm(O2)·Pn(C2H6)，根據(jù)圖中信息可知v與Pm(O2)的關(guān)系保持不變，故m=0，v與Pn(C2H6)的關(guān)系保持正比關(guān)系且橫縱坐標(biāo)相等，故n=1；

（4）乙烷氧化制乙烯會(huì)產(chǎn)生CO2的大量排放，近年研究人員開(kāi)發(fā)了乙烷氧化制乙烯的質(zhì)子膜燃料電池(SOFC)，該燃料電池的負(fù)極乙烷在酸性條件下失去電子產(chǎn)生乙烯，電極反應(yīng)式為C2H6－2e－=C2H4+2H＋，這種電池工作過(guò)程中沒(méi)有CO2排放，原因是質(zhì)子膜將氧氣和乙烷、乙烯隔開(kāi)，使脫氫和氧化分開(kāi)進(jìn)行，所以沒(méi)有CO2產(chǎn)生。